| АСТРОНАВТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БРИТАНСКОГО МЕЖПЛАНЕТНОГО ОБЩЕСТВА в 1937—1938 гг. Х.Е.Росс (Англия) |
Британское межланетное общество (BIS) было основано инженером Филиппом Е. Клитором в октябре 1933 г. в Ливерпуле. Общество издавало журнал («Джорнэл Бритиш интерпланетари сесайти») и бюллетень, в которых всякий раз, когда представлялась возможность, публиковались лекции и статьи для стимулирования соответствующих интересов. Вскоре общество приобрело международный характер (хотя число его членов до 1945 г. не превышало 100), привлекая таких известных ученых—пионеров в этой области, как Гвидо Пирке (Австрия), Робер Эсно-Пельтри ( Франция), Вилли Лей, Отто Штайнитц, супруги фон Цеппелин (Германия), Г. Эдвард Пендрей (США), Я. И. Перельман и Н. А. Рынин (СССР). Была налажена переписка с другими интересовавшимися астронавтикой обществами. В 1934 г. Клитор посетил Германию и установил контакт с членами распущенного в то время немецкого Общества межпланетных полетов (VfR). Книга Клитора «Ракеты в космос» вызвала в Англии в 1936 г. всеобщий интерес и способствовала лучшему пониманию возможностей астронавтики.
Однако в 1936 г. делами общества стало заправлять его сильное и многочисленное лондонское отделение. Поэтому правление было официально переведено в начале 1937 г. в столицу, а проф. А. М. Лоу был избран новым председателем общества. Технический комитет начал тогда работу под руководством Дж. Хэппиена Эдвардса. Членами комитета были (с официальными должностями): X. Брэмхилл (конструктор), А. К. Кларк (астроном), А. В. Кливер (авиационный инженер), М. К. Хэнсон (математик), Артур Янсер (химик), С. Клемантаский (биолог), X. Е. Росс (инженер-электрик) и Р. А. Смит (инженер-турбинист). Время от времени оказывали содействие также Ричард Кокс Эйбел, Дж. Г. Стронг и К. С. Купер-Эссекс. Немного позже для разработки ряда вопросов был создан Экспериментальный комитет. Наиболее активно в его деятельности участвовали Смит, Эдвардс и Купер-Эссекс.
Основной работой, предпринятой Техническим комитетом, было создание проекта пилотируемого космического корабля для полета на Луну с возвращением на Землю; проект разрабатывался на базе техники и материалов того времени или их разумной экстраполяции. Требовалось рассмотреть условия, необходимые для выполнения такой задачи, выдвинуть главные проблемы и провести апробацию их решений. Функция Экспериментального комитета и состояла в том, чтобы практически заниматься такими предполагаемыми решениями, насколько это было возможно в пределах установленного незначительного исследовательского фонда.
Заслуга обеспечения быстрого прогресса при создании общего проекта принадлежит главным образом Эдвардсу и Смиту, которые были близкими друзьями и со школьной скамьи интересовались возможностью осуществления космических полетов. Фактически идея ячеистой ступенчатой конструкции принадлежит Эдвардсу, а техническое ее воплощение — Смиту (описание космического корабля приведено после изложения деятельности членов двух комитетов по обеспечению его разработки).
Поскольку космический полёт зависит прежде всего от мощности двигателя, Янсер (австрийский исследователь-химик) и Эдвардc, работавшие совместно, исследовали 80—120 возможных комбинаций компонентов ракетного топлива. Интересно отметить, что среди этих возможных комбинаций были металлизированные коллоиды, положившие начало развитию твердого ракетного топлива, соперничающего по качествам с жидким. Позднее Смит спроектировал и создал небольшой экспериментальный стенд для испытания ракетных двигателей и топлива, но эксперименты не были развернуты из-за недостатка средств и оборудования. Янсер исследовал материалы, пригодные для изготовления космического корабля, включая пластики, и сделал соответствующее сообщение.
В довоенное время было известно, что короткие радиоволны могут стать средством связи в космосе, но эффективность их не была исследована. А радар как средство навигации составлял тогда военный секрет. Из-за недостатка информации Технический комитет предпочитал разрабатывать способы космической навигации, основанные на оптических наблюдениях за планетами и звездами. Однако управление полетом ракеты на активном участке должно было происходить автоматически, при помощи инерциальных систем. Этот принцип с тех пор является общепринятым в сложных системах наведения и управления ракет и космических аппаратов.
Планировалась разработка ннерциального альтиметра, спидометра, измерителя импульсов и акселерометра, но стал создаваться только альтиметр; его основными частями были груз, пружина и маховик. Идея заключалась в следующем. Вследствие ускорения космического корабля в нем произойдет изменение внутренней «гравитации», выводящее систему «пружина — груз» из равновесия на величину, пропорциональную ускорению. Двойное интегрирование (ускорения по времени подъёма) осуществлялось за счет того, что избыточная сила вызывала движение маховика. Таким образом, обороты маховика должны были дать показания высоты, достигнутой космическим кораблем. То был не лучший, но дешевый тип альтиметра. К сожалению, из-за недостатка технического оборудования и по другим причинам успешная отработка прибора прекратилась. По аналогичным причинам пришлось прекратить и разработку легкой, мощной батареи гальванических элементов, которая основывалась на использовании реакции магния и должна была заменить обычные тяжелые батареи.
В довоенное время не было известно ничего определенного о физиологических ощущениях при невесомости. Одни считали, что расстройство окажется полным или состояние будет все время тяжелым. Другие предполагали, что произойдет некоторое расстройство, но довольно скоро организм приспособится; согласно мнению нескольких человек, никаких болезненных явлений вообще не последует. Во всяком случае, все признавали, что работа, включающая движения, будет затруднена. Столкнувшись с этой неопределенностью (и отдавая дань преобладавшему пессимизму), Технический комитет принял решение: для создания силы тяжести корабль должен вращаться; это к тому же повысит устойчивость его движения при старте с Земли и во время полета. Невесомость придется допустить только в момент прилунения, когда вращение должно быть устранено. Было также очевидно, что при проведении наблюдений потребуется прекратить вращение или же использовать телевидение. Но прекращение вращения даже на короткое время было бы шагом назад и его следовало по возможности избежать, а наблюдение при помощи телевидения потребовало бы установки дополнительного тяжелого устройства; во всяком случае, без значительного совершенствования конструкции нельзя было бы наблюдать звезды. Остроумное решение удалось найти Эдвардсу: он применил легкое, простое оптическое устройство, которое в сущности было медленно перемещавшимся стробоскопом.
Коэлостат (рис. 1), как был назван прибор, состоял из двух зеркал А и В, расположенных под углом 90° друг к другу и совместно вращавшихся. Два других зеркала С и D образовывали неподвижный перископ, и в который смотрел наблюдатель. Свет, падавший на зеркало В из пространства, отражался последовательно зеркалами А, С и D и затем через удобный окуляр попадал в глаз наблюдателя. Когда пара зеркал А—В поворачивалась со скоростью вдвое более низкой, чем скорость вращения корабля, наблюдателю окружающее пространство казалось неподвижным. Действующая модель этого прибора (возможно, первого прибора, изготовленного специально для применения на космическом корабле) была сделана Смитом. Она демонстрировалась 7 марта 1939 г, на собрании общества в Лондонском научном музее (Южный Кенсингтон), создавая зрительный эффект остановки движения вращавшегося диска. Другой тип коэлостата— для радиального наблюдения—обсуждался, но не был разработан.
| Рис.1. Коэлстат Дж. Х. Эдвардса А- общий вид; Б- схема устройства |  |
Теперь можно перейти к рассмотрению создававшегося Техническим комитетом лунного корабля, работы по которому были обобщены Р. А. Смитом и получили воплощение в его чертежах (рис. 2). Каждая из шести главных ступеней корабля представляла собой шестиугольную сотовую конструкцию со своими двигателями на твердом топливе. Это конструктивное нововведение было предложено Эдвардсом; он утверждал, что могут быть разработаны системы на твердом топливе, не уступающие жидкостным, и вообще был склонен к «изобретательским ересям». Разумеется, двигатели на твердом топливе, в которых отсутствуют сложные насосы, клапаны и трубопроводы, значительно проще и компактнее, чем двигатели на жидком топливе. Более того, при предполагаемом сотовом строении можно было бы свести вес конструкции к минимуму путем постепенного сбрасывания использованных частей вместо целых ступеней, что в итоге значительно улучшило бы общую характеристику. Стало также очевидно, что тягой можно управлять, просто регулируя частоту включения двигателей. Эта батарейная система в самом деле представляется первой реальной схемой для управления тягой крупных ракет на твердом топливе. Проект отличался от всех других современных ему разработок тем, что допуская необтекаемость формы корабля, отсутствие аэродинамического стабилизатора и, таким образом, предвосхищал современную практику.
При общих габаритах около 32 м x 6 м расчетный вес корабля составлял 1000 т. Из них 900 т приходилось на топливо, подобранное так, чтобы скорость истечения струи в самых крупных ракетных двигателях была 3,4 км/сек, а в небольших — 3,7 км/сек. Продолжительность работы двигателей также предусматривалась различная. Самые крупные двигатели (длиной 4,6 м, диаметром 38 см) были небольшими по современным стандартам, но в то время они казались невероятно огромными всякому, кто не был увлечен астронавтикой. Каждая из первых пяти ступеней содержала по 168 двигателей. В шестой ступени были 450 двигателей средней величины и два ряда по 600 небольших двигателей. В общей сложности это составляло 2490 двигателей на твердом топливе. По центру корабля проходил ствол, заключавший в себе электрические кабели.
Рис.2
Проект лунного корабля
Британского межпланетного общества
Соединенные в конические связки двигательные блоки, составлявшие ступень, удерживались в требуемом положении легкими поперечными переборками и крепежными разрывными болтами. Каждая ступень была заключена в легкую шестиугольную оболочку, которая служила теплозащитой и одновременно повышала прочность конструкции. Переборки и оболочки согласно проекту сбрасывались, как и прекратившие работу двигатели ступени.
В углах шестиугольного отсека, между шестой ступенью и кабиной, находилось 6 групп двигателей на жидком топливе, повернутых назад. Это двигатели, работавшие на концентрированном растворе перекиси водорода, позволяли точно регулировать скорость, вносить некоторые изменения в угол наклона космического корабля до корректировки его траектории;они служили также для уравновешивания корабля при прилунении. Непосредственно под кабиной было шесть блоков двигателей на жидком топливе с соплами, направленными тангенциально в противоположные стороны. Они предназначались для управления вращением, создававшим во время полета силу тяжести, и для прекращения вращения перед прилунением. Этот отсек имел еще две камеры со шлюзами, являвшиеся космическим складским помещением. На рис. 2 показана одна из шести опор для прилунения с применением гидравлических амортизаторов. По проекту при запуске с Земли опоры укладывались так, чтобы они плотно прилегали к космическому кораблю, а во время прилунения они должны были выдвигаться.
Куполообразную кабину из пластика покрывал закругленный кожух из радиальных керамических жаропрочных сегментов; он защищал кабину от перегрева при прохождении через земную атмосферу, а затем согласно проекту сбрасывался. Эти защитные приспособления, предусмотренные проектом, свидетельствуют о необоснованном опасении перегрева корабля во время выхода на орбиту; примечательно, однако, что кожух рассматривался частично как теплопоглотитель, отчасти как абляционное покрытие.
В кабине радиалыю располагались три полулежачих сиденья для экипажа; примечательно, что они облегали тело астронавта так, как это принято в современной практике. Для более удобного выполнения различных ручных операций включение двигателя и другие устройства пульта управления и контроля находились в подлокотниках сиденья. Сиденья были изготовлены поворотными и могли автоматически принимать оптимальное положение, соответствующее гравитационным силам; кроме того, сиденья были установлены на рельсах, что позволяло изменять их радиальное положение. Для передвижения экипажа был предусмотрен круговой проход с поручнями наверху, прикрепленными к центральной несущей конструкции.
На рисунке показаны три передних окна, кроме того, имелись еще шесть обращенных назад иллюминаторов — там, где круглая кабина выступала за шестигранный корпус космического корабля. Коэлостаты описанного типа позволяли вести в этих двух направлениях наблюдения во время вращения корабля. Через иллюминаторы, расположенные над проходом, можно было вести наблюдения в 12 радиальных направлениях, что могло оказаться полезным во время пребывания на Луне. Коэлостаты второго, неотработанного типа позволили бы проводить постоянное наблюдение через эти иллюминаторы при полете и вращении. Все окна имели двоичные стекла и, когда не использовались, дополнительно закрывались защитными противометеоритными устройствами. Купол кабины показан с одинарной стенкой, однако он должен был иметь двойные стенки: как противометеоритный буфер и для лучшей термоизоляции. В камере, находившейся у основания опорной части купола, размещались программирующее устройство и блок электропитания всего оборудования. Программирующее устройство находилось за селекторными переключателями типа АТС.
Система слишком сложна для детального описания, но можно отметить некоторые ее особенности. Программирующее устройство, связанное с инерциальным альтиметром, акселерометром и другими приборами, а также с маятниковым стабилизатором и гиростабилизатором, должно было, по крайней мере по замыслу, обеспечить заданный курс полета и стабилизацию корабля, регулировать ускорение и выключать двигатели при достижении требуемой скорости. Короче говоря, это был бы настоящий пилот-робот. Однако предусматривалась и возможность автономного ручного управления (вопреки включенной автоматике) и внесения в случае необходимости коррективов одним из трех членов экипажа. Кроме того, двигатели на жидком топливе позволяли точно управлять полетом.
Ускорение при подъеме, начинающееся с 1 g, предусматривалось ограничить умеренной величиной 3 g в момент прекращения работы двигателей. Было рассчитано, что к моменту прилунения все двигатели, кроме 600 небольших верхних ракетных двигателей, будут использованы и сброшены. Перед стартом с Луны для максимального облегчения космического корабля все, не являвшееся необходимым для обратного полета, предполагалось удалить из кабины и оставить в укрытии, а опоры приземления отсоединить так, чтобы они просто поддерживали корабль, образуя пусковую опору, оставляемую после старта. Наконец, в верхней части кабины по проекту находился парашют. Было рассчитано, что оставшихся 600 двигателей на твердом топливе в сумме с оставшимися двигателями на жидком топливе будет достаточно для доставки корабля обратно на Землю и торможения до скорости, обеспечивающей безопасный спуск с парашютом.
Полезный груз корабля был рассмотрен М. К. Хэнсоном в январе 1939 г. в «Джорнэд Бритиш интерпланетари сесайти». Предполагалось взять запас продовольствия для трех человек на 20 дней, получать воздух и воду каталитическим разложением из 227 кг концентрированной перекиси водорода и захватить также немного жидкого кислорода для непредвиденных случайностей и использования в скафандрах. Натронная известь (или какое-либо другое подходящее химическое вещество) должна была служить для удаления из кабины углекислого газа и водяных паров. Пищу предполагалось выбрать не столько белковую, сколько калорийную, особое внимание уделялось удовлетворению потребности в витаминах и солях. Решили хранить портящиеся продукты в контейнере снаружи корабля, чем достигалось их охлаждение. Основными напитками были какао и кофе. В полет брались набор инструментов для общего ремонта и аптечка, в которой содержалось также небольшое количество алкогольных напитков, чтобы можно было отпраздновать прилунение.
Настоятельная необходимость свести вес корабля к минимуму нашла забавное отражение в спартанской кулинарной экипировке. Допускались только одна электрическая кастрюля для варки и поджаривания, по одной чашке, ложке и тарелке для каждого члена экипажа... и только один нож и одна вилка, которыми три астронавта должны были пользоваться по очереди. Энергия для приготовления пищи, освещения и обогрева поступала от главной батареи. Все отбросы по проекту удалялись через один из шлюзов.
Поскольку предусматривалась независимая навигация корабля по небесным телам, следовало предусмотреть для нее необходимые средства, такие, как инструмент для геометрических измерений, математические таблицы, календари и т. д. Исходя из соображений экономии в весе, предполагалось иметь на корабле несмываемые химические карандаши из бальзы и легкую рисовую бумагу, используемую как писчий материал и для перепечатки. Предусматривались также дальномер, небольшой телескоп, секстанты и хронометр для ориентировки по звездам во время полета и для применения на Луне.
Намечено было взять четыре скафандра, в том числе один запасной. Шлемы требовались просторные, позволяющие использовать жидкий кислород и приспособление для обогрева. Темные очки и защитная жидкость должны были предохранять от воздействия солнечного излучения. Намечалось взять на корабль надувные резиновые оболочки, которые, охватывая пространство вокруг головы и рук астронавта, содержали бы, подобно баллону, воздушную среду, обеспечивающую астронавту возможность есть и пить во время дальних разведывательных походов. Эта мысль возможно могла быть развита при ряде очевидных преимуществ до применения газонепроницаемой оболочки, закрепленной на теплоизолирующем основании, внутри которой поместился бы астронавт в скафандре. Легкий парусиновый тент и походные кровати экипаж забирал с собой для лучшей термоизоляции во время отдыха на Луне вне корабля. Контакт с кораблем мог поддерживаться сигнальными ракетами или световыми вспышками. Было отмечено, что сообщения и комментарии можно передавать на Землю, используя световой луч для обозначения сигналов или фраз (в настоящее время применяются ксеноновые источники световых вспышек и лазеры).
Согласно программе исследований намечались определение силы тяжести на Луне при помощи пружинных весов и гравитационного маятника, геологическая съемка, фотографирование и сбор образцов минералов, Для выполнения этой работы было предусмотрено полевое и лабораторное оборудование.
Главная статья о космическом корабле Британского межпланетного общества заканчивалась замечанием, что пусковая установка для корабля будет обсуждена в следующем выпуске «Джорнэл». Но грянула война, и статья не была написана. Тем не менее некоторые детали опубликованы в выпуске «Джорнэл» за июль 1939 г. Они, по воспоминаниям автора и с небольшими добавлениями из других источников, сводились к следующему. Запуск корабля представлялся почти вертикальным, из вращающегося кессона, погруженного в воду. Плавучее состояние, как считал Смит, позволит «распределить нагрузку на большую площадь». Для того чтобы выбросить корабль вверх, в кессон предусматривалось ввести пар высокого давления и почти немедленно вслед за этим должны были включиться-126 двигателей первой ступени — в результате импульса от работающей динамомашины, находившейся в изоляционной коробке, внизу ступени. Таким образом, предотвращалась мгновенная перегрузка блока электропитания космического корабля.
Запуск должен был состояться с высокогорного озера, расположенного как можно ближе к экватору. Это условие обосновывалось следующими соображениями: максимальное использование земного вращения; минимальные потери от сопротивления атмосферы; уменьшение до минимума стартового веса; более легкое, чем на земле, приобретение участка для ракетодрома и легкая его охрана; минимальные повреждения окрестностей в случае взрыва. Наиболее удобным местом было озеро Титикака в Андах, расположенное на высоте 3800 м частично в Боливии, частично в Перу, с центром около 16° южной широты. К озеру можно было добраться по железной дороге с тихоокеанского побережья.
С началом войны дальнейшая согласованная работа общества стала невозможной, его деятельность была приостановлена. Однако некоторые ведущие члены общества поддерживали контакты, и продолжалась работа, результаты которой нашли отражение в послевоенных публикациях.
Полагаю, есть все основания утверждать, что изложенное выше очень краткое описание работы довоенного Британского межпланетного общества, его Технического и Экспериментального комитетов показывает оригинальное здравое инженерное осмысление многих сложных проблем. В самом деле, космический корабль Британского межпланетного общества по общему замыслу и в деталях значительно превосходил все современные ему самые реалистические, компетентные воплощения той же идеи.
В нынешний, более поздний и технически более могущественный период мы, пожалуй, можем суммировать достоинства и недостатки космического корабля Британского межпланетного общества словами: «Если и не реальность, то это было все же хорошо придумано».
ЛИТЕРАТУРА
| 1.A. Janser. A Contribution to the Fuel Problem.— «Journal B.I.S.», Dec. 1937. 2.H. E. Ross. The B.I.S. Spaceship-journal B.I.S.», Jan. 1939. 3.M. К. Hanson. The Payload on the Lunar Trip.— «Journal B.I.S.», Jan. 1939. 4.The B.I.S. Technical Report.— «Journal B.I.S.», Jan. 1939. 5.Arthur Janser. Fuels and Motors — «Journal B.I.S.», Jan. 1939. | 6.J. В. Edwards and Я. E. Ross. The Firing Control of the B.I.S. Spaceship.—«Journal B.I.S.», July 1939. 7. Report of the Technical Committee.—«Journal B.I.S.», July 1939. 8. Д. A. Smith. The B.I.S. Coelostat.— «Journal B.I.S.», July 1939. 9. Arthur Janser. Materials vor the Spaceship. «Journal B.I.S.», July 1939. |